0 引言

為落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，同時(shí)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展，國(guó)家和政府積極引導(dǎo)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局。隨著國(guó)家政策的引導(dǎo)，我國(guó)海上風(fēng)電正向著深遠(yuǎn)海、集群化、環(huán)境友好型等方向全面發(fā)展[1-2]。

海上升壓站作為海上風(fēng)電場(chǎng)工程的心臟，承擔(dān)著將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換并輸送到陸地電網(wǎng)的關(guān)鍵角色，因此海上升壓站的運(yùn)行安全性十分重要。作為海上升壓站助航系統(tǒng)的重要組成部分，霧笛及助航燈系統(tǒng)是海上升壓站安全運(yùn)行，避免海上升壓站與過(guò)往船只及飛行器發(fā)生碰撞事故的重要保障，其可靠性直接關(guān)系到海上風(fēng)電場(chǎng)的安全與經(jīng)濟(jì)效益。

目前已有霧笛及助航燈系統(tǒng)在海上石油平臺(tái)應(yīng)用的相關(guān)研究[46，但缺少針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)海上升壓站平臺(tái)霧笛及助航燈系統(tǒng)相關(guān)應(yīng)用的研究。因此，亟需研究一種適用于海上升壓站的結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、布置方案緊湊、可靠性高、操作簡(jiǎn)便的霧笛及助航燈系統(tǒng)。

某典型海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量 500MW ，風(fēng)電場(chǎng)中心離岸距離約 40km ，設(shè)置一座 220kV 海上升壓站。海上升壓站采用三層布置方案，主變壓器布置在二層甲板，通信繼保室和蓄電池室布置在三層甲板，天線(xiàn)布置在頂層甲板。本文依托該典型海上風(fēng)電場(chǎng)工程，研究了適用于海上升壓站的霧笛及助航燈系統(tǒng)一體化方案。

1霧笛及助航燈系統(tǒng)常規(guī)方案

海上升壓站的助航燈包括航標(biāo)燈及障礙燈。常規(guī)方案中海上升壓站的霧笛、航標(biāo)燈及障礙燈為三套互相獨(dú)立的系統(tǒng)。

1.1 霧笛系統(tǒng)

常規(guī)方案的霧笛系統(tǒng)組成如圖1所示。霧笛系統(tǒng)包括霧探儀、霧笛控制器、主霧笛、副霧笛。

霧探儀負(fù)責(zé)檢測(cè)環(huán)境霧氣濃度，當(dāng)能見(jiàn)度低于2n mile時(shí)發(fā)出信號(hào)至霧笛控制器。主霧笛、副霧笛互為備用，在能見(jiàn)度低或大霧天氣的情況下，根據(jù)霧笛控制器信號(hào)發(fā)出安全警示音響信號(hào)。主霧笛聽(tīng)程范圍不低于 2nmile ，工作頻率 900Hz ，警示海上升壓站周?chē)^(guò)往船只。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到主霧笛發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)將副霧笛投入工作。副霧笛聽(tīng)程范圍不低于 0.5nmile ，工作頻率 900Hz 。主霧笛和副霧笛為兩套獨(dú)立設(shè)備，分別落地布置，主霧笛和副霧笛的外形如圖2所示。霧笛控制器采用一路交流應(yīng)急電源供電。

1.2 航標(biāo)燈系統(tǒng)

常規(guī)方案的航標(biāo)燈系統(tǒng)組成如圖3所示。航標(biāo)燈系統(tǒng)包括光控開(kāi)關(guān)、航標(biāo)燈控制器、航標(biāo)燈。

光控開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)檢測(cè)環(huán)境光照度信息，當(dāng)光照強(qiáng)度低于設(shè)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)。航標(biāo)燈在能見(jiàn)度低或夜晚的情況下，發(fā)出安全警示燈光信號(hào)，采用白色LED光源，發(fā)光強(qiáng)度不低于 1400cd ，警示海上升壓站周?chē)^(guò)往船只。航標(biāo)燈控制器采用一路交流應(yīng)急電源供電。

1.3 障礙燈系統(tǒng)

常規(guī)方案的障礙燈系統(tǒng)組成如圖4所示。障礙燈系統(tǒng)包括光控開(kāi)關(guān)、障礙燈控制器、障礙燈。

光控開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)檢測(cè)環(huán)境光照度信息，當(dāng)光照強(qiáng)度低于設(shè)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)。障礙燈在能見(jiàn)度低或夜晚的情況下，發(fā)出安全警示燈光信號(hào)，采用紅色LED光源，發(fā)光強(qiáng)度不低于 200cd ，警示海上升壓站周?chē)^(guò)往飛行器。障礙燈控制器采用一路交流應(yīng)急電源供電。

1.4 常規(guī)方案的不足

通過(guò)以上分析可得海上升壓站霧笛及助航燈系統(tǒng)常規(guī)方案主要存在以下三點(diǎn)不足：1）霧笛系統(tǒng)、航標(biāo)燈系統(tǒng)、障礙燈系統(tǒng)為三套獨(dú)立的系統(tǒng)，分別設(shè)置一套控制器，系統(tǒng)分散，操作及控制不便，系統(tǒng)可靠性較低；2）主霧笛和副霧笛為兩套獨(dú)立設(shè)備，分別落地布置，設(shè)備占地面積大；3）電源系統(tǒng)采用一路交流應(yīng)急電源供電，供電可靠性有待提高。

2 霧笛及助航燈系統(tǒng)一體化方案

針對(duì)海上升壓站霧笛及助航燈系統(tǒng)常規(guī)方案中存在的不足，本文提出了一種海上升壓站一體化霧笛及助航燈系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖5所示。

霧笛及助航燈系統(tǒng)合并設(shè)置一套控制器，接收來(lái)自環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器及海上升壓站監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)，通過(guò)預(yù)設(shè)的控制程序邏輯，在夜間或能見(jiàn)度低的情況下，自動(dòng)或手動(dòng)控制霧笛、航標(biāo)燈及障礙燈發(fā)出特定的音響信號(hào)及燈光信號(hào)，對(duì)海上升壓站周邊的過(guò)往船舶和飛行器等起到安全警示的作用。與常規(guī)方案相比，一體化方案通過(guò)設(shè)置集中控制器，減少了控制器的數(shù)量，提高了霧笛及助航燈控制系統(tǒng)的集成度，操作簡(jiǎn)便，可靠性高。

系統(tǒng)采用主副一體式霧笛，將主霧笛和副霧笛一體化布置，副霧笛布置在主霧笛的上方，共用一套設(shè)備支架。主副一體式霧笛外形如圖6所示。與常規(guī)方案相比，主副一體式霧笛方案減小了霧笛設(shè)備的占地面積，有利于海上升壓站的緊湊型、輕量化布置。

系統(tǒng)電源采用交流電源和直流電源雙電源供電的方案。交流電源采用一路220V交流應(yīng)急電源，經(jīng)整流器整流為直流24V電源，為系統(tǒng)提供工作電源。直流電源采用一組24V霧笛蓄電池供電。在工作電源退出時(shí)，直流電源為系統(tǒng)提供備用電源，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)96h的連續(xù)供電需求。與常規(guī)方案相比，一體化方案通過(guò)設(shè)置一組專(zhuān)用直流蓄電池，采用交直流雙電源互為備用的供電方式，提高了系統(tǒng)供電的可靠性。

3 霧笛及助航燈系統(tǒng)一體化布置方案

依托典型海上風(fēng)電場(chǎng)工程，本文研究并提出了適用于海上升壓站的霧笛及助航燈系統(tǒng)一體化布置方案。霧笛及助航燈系統(tǒng)設(shè)備布置在海上升壓站的三層和頂層，三層設(shè)備布置如圖7所示，頂層設(shè)備布置如圖8所示。

霧笛及助航燈系統(tǒng)控制器采用壁掛式電控箱，布置在海上升壓站三層通信繼保室，室內(nèi)具有良好的運(yùn)行環(huán)境，可保障控制器的運(yùn)行穩(wěn)定性。

霧笛蓄電池布置在海上升壓站三層蓄電池室，與海上升壓站220V動(dòng)力蓄電池及48V通信蓄電池相鄰布置。通過(guò)設(shè)置專(zhuān)用蓄電池室，霧笛蓄電池組具備了穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。蓄電池室與通信繼保室相鄰布置，減小了蓄電池組與霧笛及助航燈系統(tǒng)控制器間的電纜長(zhǎng)度。

主副一體式霧笛布置在海上升壓站頂層，位于三層通信繼保室的上方，控制箱至霧笛的電纜通道較短，減小了霧笛與系統(tǒng)控制器間的電纜長(zhǎng)度。

助航燈系統(tǒng)包含4盞航標(biāo)燈和4盞障礙燈。4盞航標(biāo)燈布置在海上升壓站三層的四個(gè)角落，#1航標(biāo)燈布置在海上升壓站西北角，#2航標(biāo)燈布置在海上升壓站東北角，#3航標(biāo)燈布置在海上升壓站西南角，#4航標(biāo)燈布置在海上升壓站東南角，燈光朝向遠(yuǎn)處的海面，保證海上升壓站周?chē)^(guò)往船只均能觀察到航標(biāo)燈。4盞障礙燈布置在海上升壓站頂層的四個(gè)角落，#1障礙燈布置在海上升壓站西北角，#2障礙燈布置在海上升壓站東北角，#3障礙燈布置在海上升壓站西南角，#4障礙燈布置在海上升壓站東南角，燈光朝向遠(yuǎn)處，保證海上升壓站周?chē)^(guò)往飛行器均能觀察到障礙燈。

霧探儀和光控開(kāi)關(guān)安裝在海上升壓站頂層北側(cè)欄桿上，安裝時(shí)避免障礙物遮擋傳感器，減少外界環(huán)境對(duì)霧探儀和光控開(kāi)關(guān)工作的影響，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確性。

4結(jié)論

本文依托典型海上風(fēng)電場(chǎng)工程，針對(duì)海上升壓站霧笛及助航燈系統(tǒng)常規(guī)方案中存在的不足，研究并提出了適用于海上升壓站的霧笛及助航燈系統(tǒng)一體化方案，主要結(jié)論如下：

1）將霧笛、航標(biāo)燈及障礙燈系統(tǒng)合并設(shè)置，使得海上升壓站霧笛及助航燈系統(tǒng)一體化方案結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、布置科學(xué)合理，具有高度的可靠性與簡(jiǎn)便的操作性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海上升壓站霧笛和助航燈的集成控制，具有良好的安全效益。

2）系統(tǒng)采用主副一體式霧笛，減小了霧笛設(shè)備的占地面積，有利于海上升壓站的緊湊型、輕量化布置。

3）霧笛及助航燈系統(tǒng)一體化方案采用交流電源和直流電源兩路電源供電，在應(yīng)急工作電源退出時(shí)，霧笛蓄電池為系統(tǒng)提供備用電源，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)96h的連續(xù)供電需求，供電系統(tǒng)可靠性更高。

④海上升壓站一體化霧笛及助航燈系統(tǒng)通過(guò)穩(wěn)定可靠地發(fā)出聲光安全警示信號(hào)，可有效預(yù)防海上升壓站與過(guò)往船舶及飛行器的碰撞事故，從而避免海洋環(huán)境污染、海上升壓站設(shè)備損壞，并確保海上升壓站運(yùn)維人員的安全與健康，提升海上升壓站的運(yùn)行安全性。

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收稿日期：2025-03-17作者簡(jiǎn)介：徐陳成（1990一），男，江蘇鹽城人，工程師，從事海上風(fēng)電及火力發(fā)電廠(chǎng)電氣設(shè)計(jì)研究工作。